دانلود تحقیق ترانزیستورها

ترانزیستور را معمولاً به عنوان یکی از قطعات الکترونیک می‌‌شناسند.

ترانزیستور یکی از ادوات حالت جامد است که از مواد نیمه رسانایی مانند سیلیسیم و ژرمانیوم ساخته می‌شود.یک ترانزیستور در ساختار خود دارای پیوندهایپیوند نوع N و پیوند نوع P می باشد.
معرفی
ترانزیستورهای جدید به دو دسته کلی تقسیم می شوند: ترانزیستورهای اتصال دوقطبی(BJTs) و ترانزیستورهای اثر میدانی (FETs).

اعمال جریان در BJTها و ولتاژ در FETها بیین ورودی وترمینال مشترک رسانایی بین خروجی و ترمینال مشترک را افزایش می دهد، از اینرو سبب کنترل جریان بین آنها می شود.

مشخصات ترانزیستورها به نوع آن بستگی دارد.

مدل های ترانزیستور را ببینید.

لغت "ترانزیستور" به نوع اتصال نقطه ای آن اشاره دارد، اما این نوع فقط در کاربردهای محدود تجاری دیده می شد که در اوایل دهه 1950 انواع کاربردی تر آن یعنی نوع اتصال دوقطبی جایگزین شدند.

نماد شماتیک و خود لغت "ترانزیستور" که امروزه بطور گسترده ای برای آن بکار می روند، چیزهایی هستند که به این قطعات قدیمی اشاره دارد.[1] برای یک زمان کوتاه در اوایل دهه 1960، بعضی از سازنده ها و ناشران مجله های الکترونیک شروع به جایگزینی سمبل قدیمی با سمبل هایی را کردند که اختلاف ساختار ترانزیستور دوقطبی را به صورت دقیقتر نشان می داد، اما این ایده خیلی زود رها شد.

در مدارات آنالوگ، ترانزیستورها در تقویت کننده ها استفاده می شوند، (تقویت کننده های جریان مستقیم، تقویت کننده های صدا، تقویت کننده های امواج رادیویی) و منابع تغذیه تنظیم شده خطی.

همچنین از ترانزیستورها در مدارات دیجیتال بعنوان یک سوئیچ الکترونیکی استفاده می شوند، اما به ندرت به صورت یک قطعه جدا، بلکه به صورت بهم پیوسته در مدارات مجتمع یکپارچه بکار می روند.

مدارات دیجیتال شامل گیت های منطقی، حافظه با دسترسی تصادفی (RAM)، میکروپروسسورها و پردازنده های سیگنال دیجیتال (DSPs) هستند.
اهمیت
ترانزیستور از سوی بسیاری بعنوان یکی از بزرگترین اختراعات در تاریخ نوین مطرح شده است، در رتبه بندی از لحاضظ اهمیت در کنار ماشین چاپ، خودرو و ارتباطات الکترونیکی و الکتریکی قرار دارد.

ترانزیستور عنصر فعال کلیدی در الکترونیک مدرن است.

اهمیت ترانزیستور در جامعه امروز متکی به قابلیت آن برای تولید انبوه که از یک فرآیند (ساخت) کاملاً اتماتیک که قیمت تمام شده هر ترانزیستور در آن بسیار ناچیز است استفاده می کند.

اگرچه ملیون ها ترانزیستور هنوز تکی (به صورت جداگانه) استفاده می شوند ولی اکثریت آنها به صورت مدار مجتمع (اغلب به صورت مختصر IC و همچنین میکرو چیپ یا به صورت ساده چیپ نامیده می شوند) همراه با دیودها، مقاومت ها، خازن ها و دیگر قطعات الکترونیکی برای ساخت یک مدار کامل الکترونیک ساخته می شوند.یک گیت منطقی حاوی حدود بیست ترانزیستور است در مقابل یک ریزپردازنده پیشرفته سال 2006 که می تواند از بیش از 7/1 ملیون ترانزیستور استفاده کند (ماسفت ها)[1].

قیمت کم، انعطاف پذیری و اطمینان از ترانزیستور یک قطعه همه کاره برای وظایف غیرمکانیکی مثل محاسبه دیجیتال ساخته است.

مدارات ترانزیستوری به خوبی جایگزین دستگاه های کنترل ادوات و ماشین ها شده اند.

استفاده از یک میکروکنترلر استاندارد و نوشتن یک برنامه رایانه ای که عمل کنترل را انجام می دهد اغلب ارزان تر و موثرتر از طراحی معادل مکانیکی آن می باشد.

بعلت قیمت کم ترانزیستورها و ازینرو رایانه ها گرایشی برای دیجیتال کردن اطلاعات وجود دارد.

با رایانه های دیجیتالی که توانایی جستوجوی سریع، دسته بندی و پردازش اطلاعات دیجیتال را ارائه می کنند، تلاش بیشتری برای دیجیتال کردن اطلاعات شده است.در نتیجه امروزه داده رسانه های بیشتری به دیجیتال تبدیل می شوند، در پایان توسط رایانه تبدیل شده و به صورت آنالوگ در اختیار قرار می گیرد.

تلوزیون، رادیو و روزتامه ها چیزهایی هستند که تحت تاثیر این انقلاب دیجیتال واقع شده اند.


مزایای ترانزیستورها بر لامپ های خلإ
قبل از گسترش ترانزیستورها، لامپ های خلإ (یا در UK لاپ های ترمیونیک یا فقط لامپ ها) قطعات فعال اصلی تجهیزات الکترونیک بودند.

مزایای کلیدی که به ترانزیستورها اجازه جایگزینی با لامپ های خلإ سابق در بیشتر کاربردها را داد در زیر آمده است: اندازه کوچک تر (با وجود ادامه کوچک سازی لامپ های خلإ) تولید کاملاً اتوماتیک هزینه کمتر (در حجم تولید) امکان ولتاژ کاری پایین تر ( اما لامپ های خلإ در ولتاژهای بالاتر می توانند کار کنند) نداشتن دوره گرم شدن (بیشتر لامپ های خلإ به 10 تا 60 ثانیه زمان برای عملکرد صحیح نیاز دارند) تلفات توان کمتر (نداشتن توان گرمایی،ولتاژ اشباع خیلی پایین) قابلیت اطمینان بالاتر و سختی فیزیکی بیشتر( اگرچه لامپ های خلإ از نظر الکتریکی مقاوم ترند.

همچنین لامپ خلإ در برابر پالس های الکترومغناطیسی هسته ای (NEMP) وتخلیه الکترو استاتیکی (ESD) مقاوم ترند عمر خیلی بیشتر (قطب منفی لامپ خلإ سرانجام ازبین می رود و خلإ آن می تواند آلوده بشود) فراهم آوردن دستگاه های مکمل (امکان ساختن مدارات مکمل متقارن: لامپ خلإ قطبی معادل نوع مثبت BJTها و نوع مثبت FETها در دسترس نیست) قابلیت کنترل جریان بالا (ترانزیستورهای قدرت بریای کنترل صدها آمپر در دسترسند، لامپ های خلإ برای کنترل حتی یک آمپر بسیار بزرگ و هزینه برند) میکروفونیک بسیار کمتر (لرزش می تواند با خصوصیات لامپ خلإ تلفیق شود، به هر حال این ممکن است در صدای تقویت کننده های گیتار شرکت کند) "طبیعت از لامپ خلإ متنفر بود" (Myron Glass John R.

Pierce را ببینید)، آزمایشگاه های تلفن بل، در حدود 1948
قبل از گسترش ترانزیستورها، لامپ های خلإ (یا در UK لاپ های ترمیونیک یا فقط لامپ ها) قطعات فعال اصلی تجهیزات الکترونیک بودند.

همچنین لامپ خلإ در برابر پالس های الکترومغناطیسی هسته ای (NEMP) وتخلیه الکترو استاتیکی (ESD) مقاوم ترند عمر خیلی بیشتر (قطب منفی لامپ خلإ سرانجام ازبین می رود و خلإ آن می تواند آلوده بشود) فراهم آوردن دستگاه های مکمل (امکان ساختن مدارات مکمل متقارن: لامپ خلإ قطبی معادل نوع مثبت BJTها و نوع مثبت FETها در دسترس نیست) قابلیت کنترل جریان بالا (ترانزیستورهای قدرت بریای کنترل صدها آمپر در دسترسند، لامپ های خلإ برای کنترل حتی یک آمپر بسیار بزرگ و هزینه برند) میکروفونیک بسیار کمتر (لرزش می تواند با خصوصیات لامپ خلإ تلفیق شود، به هر حال این ممکن است در صدای تقویت کننده های گیتار شرکت کند) "طبیعت از لامپ خلإ متنفر بود" (Myron Glass John R.

Pierce را ببینید)، آزمایشگاه های تلفن بل، در حدود 1948 [ویرایش] تاریخچه اولین سه حق ثبت اختراع ترانزیستور اثرمیدان در سال 1928 در آلمان توسط فیزک دانی به نامJulius Edgar Lilienfeld ثبت شد، اما او هیچ مقاله ای در باره قطعه اش چاپ نکرد و این سه ثبت اختراع از طرف صنعت نادیده گرفته شد.

در سال 1934 فیزیکدان آلمانی دکتر Oskar Heil ترانزیستور اثر میدان دیگری را به ثبت رساند.

هیچ مدرک مستقیمی وجود ندارد که این قطعه ساخته شده است، اما بعداً کارهایی در دهه 1990 نشان داد که یکی از طرح های Lilienfeld کار کرده و گین قابل توجه ای داده است.

اوراق قانونی از آزمایشگاه های ثبت اختراع بل نشان می دهد که Shockley و Pearson یک نسخه قابل استفاده از اختراع Lilienfeld ساخته اند، در حالی که آنها هیچگاه این را در تحقیقات و مقالات خود ذکر نکردند.

ترانزیستورهای دیگر، R.

G.

Arns در 16 دسامبر 1947 Wiliam Shockley, John Bardan و Walter Brattain موفق به ساخت اولین ترانزیستور اتصال نقطه ای در آزمایشگاه بل شدند.

این کار با تلاش های زمان جنگ برای تولید دیودهای مخلوط کننده ژرمانیم خالص "کریستال" ادامه یافت، این دیودها در واحدهای رادار بعنوان عنصر میکسر فرکانس در گیرنده های میکروموج استفاده می شد.

یک پروژه موازی دیودهای ژرمانیم در دانشگاه Purdue موفق شد کریستال های نیمه هادی ژرمانیم را با کیفیت خوب که در آزمایشگاه های بل استفاده می شد را تولید کند.[2] سرعت سوئیچ تکنولوژی لامپی اولیه برای این کار کافی نبود، همین تیم Bell را سوق داد تا از دیودهای حالت جامد به جای آن استفاده کنند.

آنها با دانشی که در دست داشتند شروع به طراحی سه قطبی نیمه هادی کردند، اما دریافتند که کار ساده ای نیست.

Bardeen سرانجام یک شاخه جدید فیزیک سطحی را برای محاسبه رفتار عجیبی که دیده بودند ایجاد کرد و سرانجام Brattain و Bardeen موفق به ساخت یک قطعه کاری شدند.

آزمایشگاه های تلفن بل به یک اسم کلی برای اختراع جدید نیاز داشتند: "سه قطبی نیمه هادی"، "سه قطبی جامد"، "سه قطبی اجزاء سطحی"، "سه قطبی کریستال" و "لاتاتورن" که همه مطرح شده بودند، اما "ترانزیستور" که توسط John R.

Pierce ابداع شده بود، برنده یک قرعه کشی داخلی شد.

اساس وبنیاد این اسم در یاداشت فنی بعدی شرکت رای گیری شد: ترانزیستور، این یک ترکیب مختصر از کلمات "ترانسکانداکتانس" یا "انتقال" و "مقاومت متغیر" است.

این قطعه منطقاً متعلق به خانواده مقاومت متغیر می باشد و یک امپدانس انتقال یا گین دارد بنابراین این اسم یک ترکیب توصیفی است.

-آزمایشگاه های تلفن بل- یاداشت فنی(28 می 1948) Pierce این نام را قدری متفاوت تفسیر کرد: دلیلی که من این نام را انتخاب کردم این بود که من فکر کردم این قطعه چکار می کند، در آن زمان تصور می شد که این قطعه مثل دو لامپ خلإ است.

لامپ های خلإ هدایت انتقالی دارند بنابراین ترانزیستور مقاومت انتقالی دارد.

و این اسم می بایست متناسب با نام دیگر قطعات مثل وریستور، ترمیستور باشد.

و من اسم ترانزیستور را پیشنهاد کردم.

PBC Show مصاحبه با john R.

Pierce بل فوراً ترانزیستور تک اتصالی را جزء تولیدات انحصاری شرکت Western Electric، شهر در ایالت قرار داد.

نخستین ترانزیستورهای گیرنده های رادیو AM در معرض نمایش قرار گرفتند، اما در واقع فقط در سطح آزمایشگاهی بودند.بهرحال در سال 1950 Shockley یک نوع کاملاً متفاوت ترانزیستور را ارائه داد که به ترانزیستور اتصال دوقطبی معروف شد.

اگرچه اصول کاری این قطعه با ترانزیستور تک اتصالی کاملاً فرق می کند، قطعه ای است که امروزه به عنوان ترانزیستور شناخته می شود.

پروانه تولید این قطعه نیز به تعدادی از شرکت های الکترونیک شامل Texas Instrument که تعداد محدودی رادیو ترانزیستوری بعنوان ابزار فروش تولید می کرد داده شد.

ترانزیستورهای اولیه از نظر شیمیایی ناپایدار بودند و فقط برای کاربردهای فرکانس و توان پایین مناسب بودند، اما همینکه طراحی ترانزیستور توسعه یافت این مشکلات نیز کم کم رفع شدند.

اگرچه اغلب نادرست به Sony نسبت داده می شود، ولی اولین رادیو ترانزیستوری تجاری Regency TR-1 بود که توسط Regency Division از I.D.E.A (گروه مهنسی توصعه صنعتی) شهر Indianapolis ایالت Indiana ساخته شده و در 18 اکتبر 1954 اعلام شد.

آین رادیو در نوامبر 1954 به قیمت 95/49 دلار(معادل با 361 دلار در سال 2005) به فروش گذاشته شد و تعداد 150000 از آن به فروش رفت.

این رادیو از 4 ترانزیستور استفاده می کرد وبا یک باتری 5/22 ولتی راه اندازی می شد.

هنگامیکه Masaru Ibuka ، موسس شرکت ژاپنی سونی از آمریکا دیدن می کرد آزمایشگاه های بل ارائه مجوز ساخت شامل ریز دستوراتی مبنی بر چگونگی ساخت ترانزیستور را اعلام کرده بودند.

Ibuka مجوز خرید 50000 دلاری پروانه تولید را از وزیر دارایی ژاپن گرفت و در سال 1955 رادیوی جیبی خود را تحت مارک سونی معرفی کرد.

(کلمه جیبی اشاره دارد به مطلب بدنامی سونی وقتیکه فروشنده آنها پیراهن مخصوصی با جیب های بزرگ داشت).

این محصول بزودی با طرح های بلند پروازانه ادامه پیدا کرد، اما آنها بعنوان آغاز رشد شرکت سونی از طرف عموم مورد توجه قرار می گرفتند تا سونی به یک قدرت تولیدی تبدیل شد.

بعد از دو دهه ترانزیستورها بتدریج جای لامپ های خلإ را در بسیاری از کاربردها گرفتند و بعد ها امکان تولید دستگاه های جدیدی از قبیل مدارات مجتمع و رایانه های شخصی را فراهم آوردند.

از Shockley, Bardeen و Brattian بخاطر تحقیقاتشان در مورد نیمه هادی ها وکشف اثر ترانزیستر با جایزه نوبل فیزیک قدردانی شد.

Bardeen می رفت که دومین جایزه نوبل فیزیک را دریافت کند، یکی از دو نفری که بیش از یک جایزه از یک متد می گرفت.

اولین ترانزیستور Gallium-Arsenide Schottky-gate توسط Carver Mead ساخته و در سال 1966 گزارش داده شد.

[ویرایش] کاربرد ترانزیستور دارای 3 ناحیه کاری میباشد.ناحیه قطع/ناحیه فعال(کاری یا خطی)/ناحیه اشباع ناحیه قطع حالتی است که ترانزیستور در ان ناحیه فعالیت خاصی انجام نمیدهد.اگر ولتاژ بیس را افزایش دهیم ترانزیستور از حالت قطع بیرون امده و به ناحیه فعال وارد میشود در حالت فعال ترانزیستور مثل یک عنصر تقریبا خطی عمل میکند اگر ولتاژ بیس را همچنان افزایش دهیم به ناحیه ای میرسیم که با افزایش جریان ورودی در بیس دیگر شاهد افزایش جریان بین کلکتور و امیتر نخواهیم بود به این حالت میگویند حالت اشباع و اگر جریان ورودی به بیس زیاد تر شود امکان سوختن ترانزیستور وجود دارد.

ترانزیستور هم در مدارات الکترونیک آنالوگ و هم در مدارات الکترونیک دیجیتال کاربردهای بسیار وسیعی دارد.

درمدارات آنالوگ ترانزیستور در حالت فعال کار میکند و می‌توان از آن به عنوان تقویت کننده یا تنظیم کننده ولتاژ (رگولاتور) و ...

استفاده کرد.

و در مدارات دیجیتال ترانزیستور در دو ناحیه قطع و اشباع فعالیت میکند که میتوان از این حالت ترانزیستور در پیاده سازی مدار منطقی، حافظه، سوئیچ کردن و ...

استفاده کرد.به جرات می توان گفت که ترانزیستور قلب تپنده الکترونیک است.

[ویرایش] عملکرد ترانزیستور از دیدگاه مداری یک عنصر سه‌پایه می‌‌باشد که با اعمال یک سیگنال به یکی از پایه‌های آن میزان جریان عبور کننده از دو پایه دیگر آن را می‌توان تنظیم کرد.

برای عملکرد صحیح ترانزیستور در مدار باید توسط المان‌های دیگر مانند مقاومت‌ها و ...

جریان‌ها و ولتاژهای لازم را برای آن فراهم کرد و یا اصطلاحاً آن را بایاس کرد.

[ویرایش] انواع دو دسته مهم از ترانزیستورها BJT (ترانزیستور دوقطبی پیوندی) (Bypolar Junction Transistors) و FET (ترانزیستور اثر میدان) (Field Effect Transistors) هستند.

ترانزیستورهای اثزمیدان یا FET‌ها نیز خود به دو دسته ی ترانزیستور اثر میدان پیوندی(JFET) و MOSFET‌ها (Metal Oxide SemiConductor Field Effect Transistor) تقسیم می‌شوند.

[ویرایش] ترانزیستور دوقطبی پیوندی در ترانزیستور دو قطبی پیوندی با اعمال یک جریان به پایه بیس جریان عبوری از دو پایه کلکتور و امیتر کنترل می‌شود.

ترانزیستورهای دوقطبی پیوندی در دونوع npn و pnp ساخته می‌شوند.

بسته به حالت بایاس این ترانزیستورها ممکن است در ناحیه قطع، فعال و یا اشباع کار کنند.

سرعت بالای این ترانزیستورها و بعضی قابلیت‌های دیگر باعث شده که هنوز هم از آنها در بعضی مدارات خاص استفاده شود.

امروزه بجای استفاده از مقاومت وخازن و...در مدارات مجتمع تمامآازترانزیستوراستفاده می کنند [ویرایش] ترانزیستور اثر میدان پیوندی(JFET) در ترانزیستورهای JFET(Junction Field Effect Transistors( در اثر میدان، با اعمال یک ولتاژ به پایه گیت میزان جریان عبوری از دو پایه سورس و درین کنترل می‌شود.

ترانزیستور اثر میدانی بر دو قسم است: نوع n یا N-Type و نوع p یا P-Type.

از دیدگاهی دیگر این ترانزیستورها در دو نوع افزایشی و تخلیه‌ای ساخته می‌شوند.نواحی کار این ترانزستورها شامل "فعال" و "اشباع" و "ترایود" است این ترانزیستورها تقریباً هیچ استفاده‌ای ندارند چون جریان دهی آنها محدود است و به سختی مجتمع می‌شوند.

انواع ترانزیستور پیوندی pnp شامل سه لایه نیم هادی که دو لایه کناری از نوع p و لایه میانی از نوع n است و مزیت اصلی آن در تشریح عملکرد ترانزیستور این است که جهت جاری شدن حفره‌ها با جهت جریان یکی است.

npn شامل سه لایه نیم‌ هادی که دو لایه کناری از نوع n و لایه میانی از نوع p است.

پس از درک ایده‌های اساسی برای قطعه ی pnp می‌توان به سادگی آنها را به ترانزیستور پرکاربردتر npn مربوط ساخت.ساختمان ترانزیستور پیوندی ترانزیستور دارای دو پیوندگاه است.

یکی بین امیتر و بیس و دیگری بین بیس و کلکتور.

به همین دلیل ترانزیستور شبیه دو دیود است.

دیود سمت چپ را دیود بیس _ امیتر یا صرفاً دیود امیتر و دیود سمت راست را دیود کلکتور _ بیس یا دیود کلکتور می‌نامیم.

میزان ناخالصی ناحیه وسط به مراتب کمتر از دو ناحیه جانبی است.

این کاهش ناخالصی باعث کم شدن هدایت و بالعکس باعث زیاد شدن مقاومت این ناحیه می‌گردد.امیتر که به شدت آلائیده شده، نقش گسیل و یا تزریق الکترون به درون بیس را به عهده دارد.

بیس بسیار نازک ساخته شده و آلایش آن ضعیف است و لذا بیشتر الکترونهای تزریق شده از امیتر را به کلکتور عبور می‌دهد.

میزان آلایش کلکتور کمتر از میزان آلایش شدید امیتر و بیشتر از آلایش ضعیف بیس است و کلکتور الکترونها را از بیس جمع‌آوری می‌کند.

بازسازی اولین ترانزیستور جهان طرز کار ترانزیستور پیوندی طرز کار ترانزیستور را با استفاده از نوع npn مورد بررسی قرار می‌دهیم.

طرز کار pnp هم دقیقا مشابه npn خواهد بود، به شرط اینکه الکترونها و حفره‌ها با یکدیگر عوض شوند.

در نوع npn به علت تغذیه مستقیم دیود امیتر ناحیه تهی کم عرض می‌شود، در نتیجه حاملهای اکثریت یعنی الکترونها از ماده n به ماده p هجوم می‌آورند.

حال اگر دیود بیس _ کلکتور را به حالت معکوس تغذیه نمائیم، دیود کلکتور به علت بایاس معکوس عریض‌تر می‌شود.الکترونهای جاری شده به ناحیه p در دو جهت جاری می‌شوند، بخشی از آنها از پیوندگاه کلکتور عبور کرده، به ناحیه کلکتور می‌رسند و تعدادی از آنها با حفره‌های بیس بازترکیب شده و به عنوان الکترونهای ظرفیت به سوی پایه خارجی بیس روانه می‌شوند، این مولفه بسیار کوچک است.

شیوه ی اتصال ترازیستورها اتصال بیس مشترک در این اتصال پایه بیس بین هر دو بخش ورودی و خروجی مدار مشترک است.

جهتهای انتخابی برای جریان شاخه‌ها جهت قراردادی جریان در همان جهت حفره‌ها می‌شود.اتصال امیتر مشترک مدار امیتر مشترک بیشتر از سایر روشها در مدارهای الکترونیکی کاربرد دارد و مداری است که در آن امیتر بین بیس و کلکتور مشترک است.

این مدار دارای امپدانس ورودی کم بوده، ولی امپدانس خروجی مدار بالا می‌باشد.اتصال کلکتور مشترک اتصال کلکتور مشترک برای تطبیق امپدانس در مدار بکار می‌رود، زیرا برعکس حالت قبلی دارای امپدانس ورودی زیاد و امپدانس خروجی پائین است.

اتصال کلکتور مشترک غالبا به همراه مقاومتی بین امیتر و زمین به نام مقاومت بار بسته می‌شود.نویسنده :فرهاد وحدانی،با تحقیق از حمیدرضا مروج ذکر شده توسط HoPPiCo [ویرایش] ترانزیستور اثر میدان MOS این ترانزیستورها نیز مانند Jfet‌ها عمل می‌کنند با این تفاوت که جریان ورودی گیت آنها صفر است.

همچنین رابطه جریان با ولتاژ نیز متفاوت است.

این ترانزیستورها دارای دو نوع PMOS و NMOS هستند که فناوری استفاده از دو نوع آن در یک مدار تکنولوژی CMOS نام دارد.

این ترانزیستورها امروزه بسیار کاربرد دارند زیرا براحتی مجتمع می‌شوند و فضای کمتری اشغال می‌کنند.

همچنین مصرف توان بسیار ناچیزی دارند.

به تکنولوژی‌هایی که از دو نوع ترانزیستورهای دوقطبی و Mosfet در آن واحد استفاده می‌کنند Bicmos می‌گویند.البته نقطه کار این ترانزیستورها نسبت به دما حساس است وتغییر می‌کند.

بنابراین بیشتر در سوئیچینگ بکار می‌‌روند AMB ساختار و طرز کار ترانزیستور اثر میدانی - فت ترانزیستور اثر میدانی ( فت ) - FET همانگونه که از نام این المام مشخص است، پایه کنترلی آن جریانی مصرف نمی کند و تنها با اعامل ولتاژ و ایجاد میدان درون نیمه هادی ، جریان عبوری از FET کنترل می شود.

به همین دلیل ورودی این مدار هیچ کونه اثر بارگذاری بر روی طبقات تقویت قبلی نمی گذارد و امپدانس بسیار بالایی دارد.فت دارای سه پایه با نهامهای درِین D - سورس S و گیت G است که پایه گیت ، جریان عبوری از درین به سورس را کنترل می نماید.

فت ها دارای دو نوع N کانال و P کانال هستند.

در فت نوع N کانال زمانی که گیت نسبت به سورس مثبت باشد جریان از درین به سورس عبور می کند .

FET ها معمولاً بسیار حساس بوده و حتی با الکتریسیته ساکن بدن نیز تحریک می گردند.

به همین دلیل نسبت به نویز بسیار حساس هستند.نوع دیگر ترانزیستورهای اثر میدانی MOSFET ها هستند ( ترانزیستور اثر میدانی اکسید فلزی نیمه هادی - Metal-Oxide Semiconductor Field Efect Transistor ) یکی از اساسی ترین مزیت های ماسفت ها نویز کمتر آنها در مدار است.فت ها در ساخت فرستنده باند اف ام رادیو نیز کاربرد فراوانی دارند.

برای تست کردن فت کانال N با مالتی متر ، نخست پایه گیت را پیدا می کنیم.

یعنی پایه ای که نسبت به دو پایه دیگر در یک جهت مقداری رسانایی دارد و در جهت دیگر مقاومت آن بی نهایت است.

معمولاً مقاومت بین پایه درین و گیت از مقاومت پایه درین و سورس بیشتر است که از این طریق می توان پایه درین را از سورس تشخیص داد.

ترانزیستور ها چطورکارمی کنند ؟

ریزپردازنده ها به صورت یک جزء لاینفک در بسیاری از محصولاتی که ما هرروزه از آن ها استفاده می کنیم در آمده اند ، مانند تلویزیون ، اسباب بازی ها ، رادیو ، و البته کامپیوترها .

ولی این ترانزیستورها هستند که اجزای اصلی ریزپردازنده ها را تشکیل می دهند .

در پایین ترین سطح خود ، ممکن است ترانزیستورها به نظر ساده برسند .

اما تولید آن ها عملاً به سال های سال تحقیقات کشنده نیاز داشته است.

تا پیش از ترانزیستورها ، کامپیوترها به لامپ های خلاء و کلید های مکانیکی متکی بودند.

در سال 1958 تعدادی مهندس ( که یکی از آن ها به نام رابرت نویس ، بعداً پایه گذار شرکت اینتل شد ) دست به دست هم دادند تا 2 ترانزیستور را روی یک قطعه بلور سیلیکون بکارند و اولین مدار مجتمع را بسازند؛ چیزی که به ساخت ریزپردازنده منجر شد .

ترانزیستورها در واقع کلیدهای قطع و وصلِ برق در ابعاد مینیاتوری هستند .

اگر ریزپردازنده را یک «ساختمان» در نظر بگیرید ، ترانزیستورها، حکم آجری را دارند که برای بنای این ساختمان باید روی هم گذاشته شوند.

درست همانند یک کلید ساده ی چراغ ، ترانزیستورها در دوحالت کار می کنند: حالت وصل، و حالت قطع.

این حالت قطع یا وصل ، یا خاموش و روشنِ ترانزیستورهاست که امکان پردازش اطلاعات را فراهم می سازد .

● یک کلید ساده ی برقی چطور کارمی کند ؟

تنها چیزی که کامپیوترها از آن سردر می آورند ، سیگنال های الکتریکی است که قطع و وصل می شوند .

برای درکِ بهتر ترانزیستورها ، لازم است بفهمید که یک مدار قطع و وصل الکترونیکی چه طور کار می کند .

مدارات قطع و وصل الکترونیکی از اجزای مختلفی تشکیل می شود.

یکی ، مسیر جریان است که جریانِ الکتریکی عموماً از طریق یک سیم در آن گردش می کند.

دیگری ، خودِ کلید یا سویچ است ؛ وسیله ای که گردش جریان الکتریکی را شروع و متوقف می کند، آن هم یا با بازگذاشتن مسیر جریان یا مسدود کردن آن.

ترانزیستورها هیچ قطعه ی متحرکی ندارند و تنها با علایم الکتریکی قطع و وصل می شوند.

قطع و وصل شدنِ ترانزیستورها ، کار ریزپردازنده ها را میسر می سازد .

● ترانزیستور چطور از عهده ی اطلاعات برمی آید ؟

شمارنده ی باینری چیزی است که فقط دارای دو حالت است ، درست مانند ترانزیستور.

حالت «وصل» ترانزیستور را با 1 نشان می دهند و حالت قطع آن را با 0 .

ردیف های مشخصی از الگوی 1ها و 0هایی که به وسیله ی ترانزیستورهای متعدد تولید می شوند ، می توانند نشان دهنده ی حروف ، اعداد ، رنگ ها ، و خطوط باشند.

به این می گویند دستگاه باینری.

( دستگاه باینری ، یک روش شمارش است که فقط از دو رقم 0 و 1 تشکیل شده است و تمام اعداد فقط با این دو رقم نمایش داده می شوند .) ● اسم خود را برحسب باینری هجی کنید هر حرف الفبا یک معادل باینری دارد .

در سمت چپ اسم JOHN و معادل باینری آن را می بینید.

اطلاعات پیچیده تری را نیز می توان با حالت قطع و وصل یا حالتِ باینری ترانزیستور ها تولید نمود؛ مانند گرافیک ، صوت ، و ویدیو .

● نیمه هادی ها و جریان الکتریسته با اضافه کردن چند نوع ناخالصی معین به سیلیکون یک ترانزیستور، ساختار بلورین آن تغییر می کند، و خاصیت هدایت الکتریسته ی آن بهتر می شود .

اگر به سیلیکون، فلز بور اضافه کنید، سیلیکونِ مثبت یا نوعِ P (P مخفف Positive ) تولید می شود که فاقدِ الکترون است .

اگر به سیلیکون، فلز فسفر اضافه نمایند ، سیلیکونِ منفی یا نوع N ( N مخفف Negative ) به دست می آید که شامل تعداد بسیار زیادی الکترون آزاد است.

● حالت های قطع و وصل یک ترانزیستور الف) رانزیستورها از سه پایانه تشکیل می شوند : منبع ، گیت ، مخرج .

ب) در ترانزیستور نوع منفی ، هم منبع و هم مخرج بار منفی دارند و روی توده ای از سیلیکون نوع مثبت را گرفته اند .

ج ) هنگامی که ولتاژ مثبت به گیت وارد می شود ، الکترون های موجود در سیلیکون نوع مثبت ، جذبِ منطقه ی زیرینِ گیت می شوند ، و یک کانال الکترونیکی بین منبع و مخرج را شکل می دهند .

د) هنگامی که ولتاژ مثبت به مخرج وارد می شود ، الکترون ها از منبع جدا شده و به سمت مخرج می روند.

در این حالت ، ترانزیستور ، وصل است.

ه) اگر ولتاژ از روی گیت برداشته شود ، الکترون ها جذبِ منطقه ی واقع بین منبع و مخرج نمی گردند .

مسیر جریان از بین می رود ، و ترانزیستور به حالت قطع در می آید.

● ریزپردازنده ها چطور بر زندگی ما تاثیر می گذارند کارکردِ باینری ترانزیستورها به پردازنده ها این قابلیت را می دهد که ماموریت های بسیاری را انجام دهند، از یک نامه نگاری ساده تا ویرایش فایل های ویدیویی.

ریزپردازنده ها به نقطه ای رسیده اند که ترانزیستورها می توانند صدها میلیون دستورالعمل در ثانیه را روی یک تراشه ی واحد به اجرا در آورند .

اتومبیل ها ، تجهیزات پزشکی ، تلویزیون ها ،کامپیوترها ، و حتا سفاین فضایی از ریزپردازنده ها استفاده می کنند.

همه ی آن ها متکی به گردش اطلاعات باینری هستند که به یمنِ وجودِ ترانزیستور ممکن گشته است.یکی از پر کاربردترین قطعه ها در علم الکترونیک ترانزیستور هستند ترانزیستور ها در انواع مدل وبرای کاربردهای مختلف ساخته می شود .

یکی از کاربردهای ترانزیستور استفاده از ترانزیستور به عنوان کلید قطع و وصل است از این کاربرد ترانزیستور در مدارات منطقی و به طور گسترده تر در پردازشگرهای کامپیوتری CPU ها استفاده می کنند .

از ترانزیستور ها می توان تحت شرایط خاصی به عنوان مقاومت استفاده کرد و مفدار این مقاومت را به راحتی تنظیم کرد .

از ترکیبب دو ترانزیستور می توان یک شارژر باطری بسیار خوب درست کرد از مجموعه چند ترانزیستور مدارات پیچیده تری می توان ساخت که به مقایسه کننده و تقویت کنندهای ساده از آن استفاده کرد .

یکی دیگر از کاربردهای مهم ترانزیستور خاصییت تقویت کنندگی آن است از این خاصییت در محدوده فرکانسهای پایین به منظور تقویت سیگنالهای مغزی و یا سیگنالهای قلبی در فرکانسهای صحبت به منظور تقویت و بهبود صدای پخش شده از بلندگوها و سایر وسایل صوتی ، در فرکانسهای رادیویی و تلویزیونی به منظور دریافت و تبدیل به صدای قابل شنیدن و بهبود تصویر وفرکانسهای بالا و کاربد های نظامی از ترانزیستور استفاده می کنند .

ترانزیستورهای کوچک که برای راه اندازی موتورهای اسباب بازی کوچک استفاده می شود تا ترانزیستورهای که مدار کنترل موتور یک ترن را فرماندهی می کنند همگی دارای ساختارو اصول تقریبا یکسانی هستند .

اما در اندازه و با شیوه های مختلفی ساخته می شوند .

قیمت ترانزیستور ها از چند تومان تا چندین هزار دلار تومان بسته به کاربرد متفاوت است .فکر می کنم به اندازه کافی اهمیت ترانزیستور برای شما روشن شد .

در این جلسه و جلسه آینده ضمن پرداختن به ساختار ترانزیستورها ، کاربرد های مهم و اصلی ترانزیستور ها را نیز بیان خواهیم کرد .

همانند دیود ها ترانزستور ها نیز از ترکیب مواد نیمه هادی ساخته می شود .

می توان در یک تقسیم بندی کلی مواد نیمه رسانا را به دو دسته P,N تقسیم کرد در دیود تنها از دو ماده P,N استفاده می شود .اما در ترانزسیتوراز از دو ماده P با غلظت های متفاوت ویک ماده N استفاده می کنند .به این ترانزسیتورها ترانزیستورهای PNP می گویند همچنین ترانزیستورها را به صورت NPN نیز می سازند .

این ترانزیستورها را با نماد زیر نشان می دهند .

پایه های ترانزیستور را به نامهای بیس B کلکتور C و امیتر E می شناسیم در اکثر موارد از ترانزسیتورهای NPN استفاده می کنیم به همین دلیل از اینجا به بعد بحثمان را به اینگونه ترانزیستورها محدود می کنیم گرچه می توان به راحتی همه این مطالب را به ترانزیستور های PNP نیز تعمیم داد .

این کار ساده ای است وشما می توانید این کار را بعد از آشنایی با ترانزیستورهای NPN انجام دهید .

در ترانزیستورهای npn جریان از کلکتور به امیتر جاری می شود ( در PNP از امیتر به کلکتور همه جا مطابق فلش ) این جریان تنها در صورتی از کلکلتور به امیتر جاری می شود که : 1) ولتاژ کلکتور از امیتر بیشتر باشد 2) ولتاژ بیس از ولتاژ امیتر به اندازه 700mV بیشتر باشد .

جریان بیس جریان بسیار اندکی است اما جریان امیتر و کلکتور جریان بسیار بالایست چیزی در حدود 100 تا 200 برابر جریان بیس .

در واقع هر چه جریان بیس بیشتر باشد جریان امیتر نیز بیشتر خواهد بود .

این یکی از خواص تقویت کنندگی ترانزیستور است .

مسئله 1) در یک مدار جریانی معادل 10 میلی آمپر از بیس عبور می کند و ترانزیستور به گونه ای ساخته شده است که دارای ضریب تقویتی معادل 120 می باشد چه جریانی از کلکتور عبور خواهد کرد .

حل : با توجه به اینکه ضریب تقویت 120 می باشد پس جریان عبوری از کلکتور 120 برابر جریان بیس خواهد بود یعنی فرض کنید جریان 10 میلی آمپری جریانی است که از یک میکروفن تولید شده باشد و شما آنرا پس از عبور از یک سیم به یک بلند گو متصل می کنید .

در این حالت صدایی که از بلندگو می شنوید خیلی کم خواهد بود اما اگر از یک ترانزیستور استفاده کنید صدای به مراتب بلند تری خواهید شنید .

یکی دیگر از کاربرد های ترانزیستور خاصییت سوییچ آن است .

یک IC کوچک را در نظر بگیرید .فرض کنید حداکثر جریانی که این IC می تواند به شما بدهد 25میلی آمپر است و 5ولت است و فرض کنید که تصمیم دارید یک لامپ را با ولتاژ 25 ولت و جریانی معادل 500میلی آمپر روشن کنید .

این کار توسط یک ترانزیستور به راحتی و با استفاده از مدار روبه رو قابل انجام خواهد بود .

در زمانی که خروجی IC مقدار صفر ولت باشد با توجه به اینکه ولتاژ امیتر نیز زمین یا صفر ولت است ترانزیستور خاموش خواهد بود( چون ولتاژ بیس از امیتر بیشتر نیست و با هم برابر و برابر با صفر هستند ) در نتیجه هیچ جریانی از ترانزیستور و به الطبع از لامپ عبور نخواهد کرد .

اما در شرایطی که خروجی IC مقدار 5 ولت باشد ترانزیستور روشن شده و با توجه به جریان بیس و ضریب تقویت ترانزیستور جریانی از لامپ عبور خواهد کرد و لامپ را روشن خواهد کرد .

اندازه این جریان بسته به مقاومت R1 دارد هر چه این مقاومت بزرگتر باشد جریان کمتر خواهد بود و اگرمقاومت کم باشد جریان زیادی از لامپ عبور خواهد وموجب سوختن لامپ و ترانزیستور خواهد شد .

می توان با قرار دادن یک پتانسیومتر( مقاومت متغییر ) به جای مقاومتR1 نور لامپ را کنترل کرد .

اگر این مقاومت به طور مستقیم در مسیر لامپ قرار می گرفت جریانی زیادی از مقاومت عبور می کرد که ضمن اینکه موجب مصرف زیاد انرژی می شود حتی ممکن است موجب داغ شدن و سوختن مقاومت نیز بشود .

یکی از وسایل پر کاربرد در مدارات صنعتی رله ها هستند رله ها داری شکلی مانند زیر هستند .

یک رله از یک آهنربای الکتریکی و یک فنر تشکیل شده است .هنگامی که جریانی از آهنربای الکتریکی عبور نمی کند ( پایه های A,B به جای متصل نباشند) فنری که به یک صفحه متصل است مانع از اتصال پایه C به پایهD می شود .ولی هنگامی که از آهنربای الکتریکی جریانی عبور کند این آهنربا صفحه ای که به پایه C متصل است را به سمت خود کشیده و موجب می شود تا پایه C به پایه D وصل شود .

با استفاده از همین طرح می توان با استفاده از یک IC و فرمانی که IC می دهد یک لامپ 220 ولت ویا یک پنکه را روشن وخاموش کرد .رله ها را نمی توان مستقیم به IC ها وصل کرد چون جریان زیادی نیلز دارند .

فکر می کنم بتوانید حدس بزنید چگونه می توان این کار را انجام داد بله با یک ترانزیستور می توان این کار را انجام داد .

برق شهری برق 220 ولت متناوب است از این برق متناوب و زیاد نمی توان برای ترانزیستورها استفاده کرد به همین دلیل از یک ولتاژ 12 یا 25 ولت برای ترانزسیتور استفاده می کنیم .

یک کاربرد این مدار در ساخت اسباب بازی های است که به نام تست اعصاب از آن نام می برند .

در این اسباب بازی شما باید یک حلقه را از درون یک مسیر مارپیچ عبور دهید .

اگر حلقه به مسیر بر خورد کند زنگی به صدا در آمده و یا یک لامپ روشن شده و شما بازنده خواهید شد .

شکل کلی مدار این اسباب بازی را مشاهده می کنید به حلقه یک سیم متصل است این سیم به یک باطری و سپس یک لامپ و در نهایت به مسیر مارپیچ متصل می شود هر گاه حلقه به سیم مارپیچ بخورد مدار بسته شده لامپ روشن می شود .

در این مدار از ولتاژهای معمولی و پایین مانند 12 ولت و 5 ولت استفاده می کنیم اما اگر بخواهیم به جای یک لامپ کوچک یک لامپ 220 ولت را روشن کنیم یا یک زنگ اخبار 220 ولتی را روشن کنیم چه باید کرد .

برای این کار باید در جای که لامپ قرار دارد یک رله قرار دهیم و سمت دیگر رله را به یک وسیله 220 ولت متصل کنیم .

در این حالت سیم برق 12 ولت دارد که خطرناک نیست و مدار هشدار از برق 220 ولت استفاده می کند و می تواند لامپهای پور نور یا زنگهای قشنگی را به صدا در بیاورد .در مدارات الکترونیکی همواره بلوک های متفاوتی را به یک دیگر متصل می کنیم تا یک کار خاص انجام شود در بعضی موارد این بلوک ها بر روی هم اثر می گذارند یعنی هر بلوک به تنهایی به درستی کار می کنند اما هنگامی که این دو بلوک به یکدیگر متصل می شوند نتایج قابل قبولی ارائه نمی دهند .

در چنین مواردی نیاز به بلوک های به نام بافر داریم که دو تاثیر بلوک ها بر کند .

بافر ها به راحتی توسط ترانزیستور ها ساخته می شوند .

شکل کلی یک بافر مانند زیر است: بافر بین دو بلوک متفاوت قرار میگیرد سیگنالی که از پایه IN وارد ترانزیستور می شود تقریباً بدون تغییر خاصی از پایه Out خارج می شود .مدار بافر به گونه ایست که تاثیر بر روی طبقات مختلف نمی گذارد منبع جریان باطری های شارژی پس از اینکه تخلیه شدند نیاز به شارژ دارند مدار شارژر مداری است که بتواند جریان مناسبی را از باطری در خلاف جهت باطری از باطری عبور دهد با عبور این جریان یعنی عبور جریان در داخل باطری از قطب مثبت به منفی باطری اندک اندک شارژ می شود و پس از مدتی کاملاً شارژ می شود هر چه این جریان بیشتر باشد باطری سریع تر شارژ می شود .

مدار یک شارژر ساده را در شکل مشاهده می کنید .

در این مدار جریان ثابتی همواره از باطری عبور می کند .

میزان این جریان وابسته به مقاومت R1است و در این مدار حدود 100 میلی آمپر است چنانچه باطری شما یک باطری با ظرفیت 800mAh باعث پس از حدود 8 ساعت کاملاً شارژ می شود این مدار را می توان به میزان دلخواه تکرار کرد تا مثلاً یک شارژ برای شارژ همزمان 4 باطری درست کرد یکی دیگر از کاربردهای معمول ترانزیستورها در ساخت درایور موتورهای dc است که در دوره پیش با آن آشنا شدید یکی دیگر کاربردهای ترانزیستور ساخت مدارات مقایسه کننده است به این مدارات تقویت کننده تفاضلی نیز می گویند .

در مدارات تقویت کننده معمولی معمولاً سیگنال ورودی از یک منبع تولید می شود و پس از عبور از تقویت کننده یا ترانزیستور تقویت می شود .

اما در تقویت کننده های تفاضلی دوسیگنال وارد تقویت کننده می شود با هم مقایسه می شوند و مقدار تفاوت آنها تقویت می شود اینگونه تقویت کننده های می توانند بسیار پر کاربرد باشند در واقع با تغییر کوچکی در ولتاژهای ورودی این تغییر در خروجی بزرگ شده و به خوبی قابل رویت خواهد بود .

فرض کنید Vin1,Vin2 خروجی های دو سنسور نوری باشند به گونه ای که هر چه نور بیشتری به این سنسورها بتابد مقادیر این ولتاژها نیز بیشتر خواهد شد .

چنانچه هر دو سنسور به یک اندازه نور جذب کنند خروجی صفر خواهد بود اما اگر سنسور اول کمی نور بیشتری جذب کند با عث می شود که مقدارVin1 افزایش یابد و خروجی به شدت مثبت می شود .همچنین در حالتی که سنسور دوم نور بیشتری جذب کند خروجی منفی خواهد شد .